Oscillator - funktionsprincip, typer, tillämpning

Ett oscillerande system kallas en oscillator. Det vill säga, oscillatorer är system där någon växlande indikator eller flera indikatorer periodiskt upprepas. Samma ord "oscillator" kommer från latinets "oscillo" - swing.

Oscillatorer spelar en viktig roll inom fysik och teknik eftersom nästan alla linjära fysiska system kan beskrivas som en oscillator. Exempel på de enklaste oscillatorerna är en oscillerande krets och en pendel. Elektriska oscillatorer omvandlar likström till växelström och skapar svängningar med önskad frekvens med hjälp av en styrkrets.

Med hjälp av exemplet med en oscillerande krets bestående av en spole med induktans L och en kondensator med kapacitans C, är det möjligt att beskriva den grundläggande processen för drift av en elektrisk oscillator. En laddad kondensator, omedelbart efter att ha anslutit sina terminaler till spolen, börjar laddas ur genom den, medan energin från kondensatorns elektriska fält gradvis omvandlas till energin i spolens elektromagnetiska fält.

När kondensatorn är helt urladdad, kommer all dess energi att gå in i spolens energi, sedan kommer laddningen att fortsätta att röra sig genom spolen och ladda om kondensatorn i motsatt polaritet än den var från början.

Dessutom kommer kondensatorn att börja ladda ur igen genom spolen, men i motsatt riktning, etc. — för varje svängningsperiod i kretsen kommer processen att upprepa sig tills svängningarna försvinner på grund av energiförlusten på motståndet hos trådspolen och i kondensatorns dielektrikum.

På ett eller annat sätt är den oscillerande kretsen i detta exempel den enklaste oscillatorn, eftersom följande indikatorer i den ändras periodiskt: laddningen i kondensatorn, potentialskillnaden mellan plattorna på kondensatorn, styrkan på det elektriska fältet i kondensatorn. kondensatorns dielektrikum, strömmen genom spolen och spolens magnetiska induktion. I detta fall uppstår fria dämpningssvängningar.

För att svängningarna ska bli odämpade är det nödvändigt att fylla på den förbrukade elektriska energin. Samtidigt, för att upprätthålla en konstant amplitud av oscillationer i kretsen, är det nödvändigt att styra den inkommande elektriciteten så att amplituden inte minskar under och inte ökar över ett givet värde. För att uppnå detta mål introduceras en återkopplingsslinga i kretsen.

På detta sätt blir oscillatorn en positiv återkopplingsförstärkarkrets, där utsignalen delvis matas till styrkretsens aktiva element, vilket resulterar i att kontinuerliga sinusformade oscillationer med konstant amplitud och frekvens upprätthålls i kretsen.Det vill säga sinusformade oscillatorer fungerar på grund av energiflödet från aktiva element till passiva, med stöd av processen från en återkopplingsslinga. Vibrationerna har en något varierande form.

Oscillatorerna är:

• med positiv eller negativ feedback;

• med sinusformad, triangulär, sågtand, rektangulär vågform; låg frekvens, radiofrekvens, hög frekvens, etc.;

• RC, LC — oscillatorer, kristalloscillatorer (kvarts);

• konstanta, variabla eller justerbara frekvensoscillatorer.

Oscillator (generator) Royer

För att omvandla en konstant spänning till rektangulära pulser eller för att erhålla elektromagnetiska svängningar för något annat ändamål, kan du använda en Royer transformatoroscillator eller en Royer-generator... Den här enheten inkluderar ett par bipolära transistorer VT1 och VT2, ett par motstånd R1 och R2, ett par kondensatorer C1 och C2 också mättad magnetisk krets med spolar - transformator T.

Transistorerna arbetar i nyckelläge, och den mättade magnetiska kretsen tillåter positiv återkoppling och, om nödvändigt, galvaniskt isolerar sekundärlindningen från primärslingan.

I det första ögonblicket, när strömförsörjningen slås på, börjar små kollektorströmmar att flyta genom transistorerna från källan Upp. En av transistorerna kommer att öppnas tidigare (låt VT1), och det magnetiska flödet som korsar lindningarna kommer att öka och EMF som induceras i lindningarna kommer att öka samtidigt. EMF i baslindningarna 1 och 4 kommer att vara sådan att transistorn som började öppnas först (VT1) öppnas och transistorn med lägre startström (VT2) kommer att stängas.

Kollektorströmmen för transistorn VT1 och det magnetiska flödet i den magnetiska kretsen kommer att fortsätta att öka tills mättnaden av den magnetiska kretsen, och vid mättnadsögonblicket kommer EMF i lindningarna att bli noll. Kollektorströmmen VT1 kommer att börja minska, det magnetiska flödet kommer att minska.

Polariteten hos EMF som induceras i lindningarna kommer att vända och eftersom baslindningarna är symmetriska börjar transistorn VT1 att stänga och VT2 börjar öppna.

Kollektorströmmen för transistorn VT2 kommer att börja öka tills ökningen av magnetiskt flöde upphör (nu i motsatt riktning), och när EMF i lindningarna återgår till noll, börjar kollektorströmmen VT2 minska, det magnetiska flödet minskar, EMF ändrar polaritet. Transistor VT2 stängs, VT1 öppnas och processen fortsätter att upprepa sig cykliskt.

Svängningsfrekvensen hos Royer-generatorn är relaterad till parametrarna för strömkällan och egenskaperna hos den magnetiska kretsen enligt följande formel:

Upp — matningsspänning; ω är antalet varv för varje spole i kollektorn; S är tvärsnittsarean för den magnetiska kretsen i kvadratcentimeter; Bn — kärnmättnadsinduktion.

Eftersom i processen för mättnad av den magnetiska kretsen kommer EMF i transformatorns lindningar att vara konstant, då i närvaro av en sekundär lindning, med en belastning ansluten till den, kommer EMF att ha formen av rektangulära pulser. Motstånd i transistorernas baskretsar stabiliserar omvandlarens funktion, och kondensatorer hjälper till att förbättra formen på utspänningen.

Royers oscillatorer kan arbeta vid frekvenser från enheter till hundratals kilohertz, beroende på de magnetiska egenskaperna hos kärnan i T-transformatorn.

Svetsoscillatorer

För att underlätta antändning av svetsbågen och bibehålla dess stabilitet, används svetsoscillatorer. Svetsoscillatorn är en högfrekvent överspänningsgenerator designad för att fungera med konventionella AC- eller DC-strömförsörjningar... Det är en dämpad oscillationsgnistgenerator baserad på en LF step-up transformator med en sekundärspänning på 2 till 3 kV.

Kretsen innehåller förutom transformatorn en limiter, en oscillerande krets, kopplingsspolar och en blockerande kondensator. Tack vare den oscillerande kretsen, som huvudkomponent, fungerar högfrekvenstransformatorn.

De högfrekventa vibrationerna passerar genom högfrekvenstransformatorn och den högfrekventa spänningen appliceras genom båggapet. En bypass-kondensator förhindrar att ljusbågsströmkällan förbikopplas. En choke ingår också i svetskretsen för tillförlitlig isolering av oscillatorspolen från HF-strömmar.

Med en effekt på upp till 300 W ger svetsoscillatorn pulser som varar flera tiotals mikrosekunder, vilket är tillräckligt för att tända en ljusbåge. Högfrekvent högspänningsström läggs helt enkelt över den fungerande svetskretsen.

Oscillatorer för svetsning är av två typer:

• pulsströmförsörjning;

• kontinuerlig åtgärd.

Kontinuerliga oscillatorer arbetar kontinuerligt under svetsprocessen och träffar ljusbågen genom att lägga en högfrekvent (150 till 250 kHz) och hög spänning (3000 till 6000 V) hjälpström ovanpå dess ström.

Denna ström kommer inte att skada svetsaren om säkerhetsföreskrifterna följs. Bågen under inverkan av högfrekvent ström brinner jämnt vid ett lågt värde på svetsströmmen.

De mest effektiva svetsoscillatorerna i seriekoppling, eftersom de inte kräver installation av högspänningsskydd för källan. Under drift avger avledaren ett tyst sprakande genom ett gap på upp till 2 mm, som justeras innan arbetet påbörjas med en speciell skruv (vid denna tidpunkt tas pluggen bort från uttaget!).

AC-svetsning använder pulserande kraftoscillatorer för att hjälpa till att tända ljusbågen samtidigt som polariteten hos AC-strömmen vänds.